JPH1190249A - 破砕方法および破砕装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脆性材料の破砕処理に適し、破砕プロセスに
おける破砕比および処理容量に優れ、消費エネルギが低
く、簡単なプロセスで操作の信頼性が高い破砕方法およ
び破砕装置を提案する。 【解決手段】 互いに逆相で揺動する破砕ジョー５が互
いに接近する方向に変位する際に速度を増加させて破砕
ジョー５の間のスペースが最小値となった瞬時に最大速
度に到達させることにより最大破砕力で材料を破砕す
る。また、破砕された材料を破砕ジョー５が互いに離間
する方向に変位する際に排出し、破砕ジョー５の垂直同
期運動によって排出を支援する。本発明装置では弾性素
子として構成したフレームで破砕ジョー５を弾性結合
し、両破砕ジョー５のアンバランス駆動シャフト６を互
いに動力学的に独立させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉱物、鉱石、スラ
グ、産業廃棄物などの脆性材料を破砕するための方法お
よび破砕装置に関し、特に、振動式ジョークラッシャー
と、この種の装置による材料破砕方法とに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】硬質材料を偏芯駆動型ジョークラッシャ
ーにより破砕する技術は、従来既知である。この種のジ
ョークラッシャーは、固定ジョーと、固定ジョーに対し
て往復運動する可動ジョーとを破砕部材として具え、そ
の往復運動の振幅は駆動装置の偏芯量により規定されて
いる。この種の破砕装置により破砕された材料の寸法
は、排出開口寸法および供給材料の物性に依存する。こ
の場合、排出開口寸法は圧密材料層の厚さに近づけるこ
とができない。したがって、従来の偏芯駆動型ジョーク
ラッシャーによる破砕比は約４〜５を超える値とするこ
とができない。破砕すべき材料の連続供給状態におい
て、固定ジョーに接近する方向への可動ジョーの運動に
より材料が破砕され、固定ジョーから離間する方向への
可動ジョーの運動によって破砕材料が重力落下する。

【０００３】すなわち、この種の破砕装置の性能データ
は、かかる作動原理を採用する駆動手段の動力学的特性
と機械設計の仕様によって制約されるものである。

【０００４】これらの欠点は、米国特許第４５８８１３
７号明細書に開示されている振動式ジョークラッシャー
を用いる破砕方法によって多少は除去可能である。この
既知の破砕方法は、破砕すべき材料を２個の破砕部材の
間に形成される破砕室内に連続供給し、一方の破砕部材
を回転アンバランス質量により往復振動させ、その振動
により材料を破砕し、かつ、排出するものである。この
方法は、偏芯駆動ジョークラッシャーによる破砕方法と
対比して、より高い破砕比を達成するものである。その
理由は、破砕比が駆動軸の偏芯量ではなく、アンバラン
ス質量の回転に基づいて生じる遠心力に依存するからで
ある。

【０００５】しかし、この既知の破砕方法は、駆動装置
が一方の破砕部材のみに結合されているため、十分な破
砕力および破砕比を達成することができない。他の欠点
は、破砕された材料の破砕室からの積極排出機構が設け
られていないため、プロセスの処理容量が制限されるこ
とである。さらに他の欠点は、振幅制限手段が設けられ
ていないため、この方法の実施に使用する破砕装置の作
動信頼性が大幅に低下することである。

【０００６】米国特許第４７４９１３６号明細書に開示
されている別の方法においては、破砕すべき材料を２個
の破砕部材の間に形成される破砕室内に連続供給し、こ
れらの破砕部材にそれぞれ結合されたアンバランス・シ
ャフトを互いに同期回転させて破砕部材を互いに逆方向
に往復運動させる。この場合、破砕部材が互いに接近す
る方向に変位する間に破砕室内で材料を破砕し、破砕部
材が互いに離間する方向に変位する間に破砕された材料
を排出するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この既知の破砕方法
は、前述した欠点の幾つかを解決し得るものの、次の難
点を有する。

【０００８】破砕部材が互いに接近する方向に変位する
際に減速され、運動エネルギが不十分となって破砕効率
が低下するために破砕比が低いこと。

【０００９】膨張ゴムシリンダ等よりなる振幅制限手段
が運動エネルギを吸収するためにエネルギのヒステリシ
ス損失が生じ、破砕部材を反動させるに必要とされるポ
テンシャルエネルギを装置が蓄積できないこと。

【００１０】破砕された材料を破砕室から排出するため
の積極排出機構が設けられていないために処理容量が低
いこと。

【００１１】アンバランス駆動シャフトを確実に同期さ
せるために歯車等の同期手段を設ける必要があり、この
同期手段は、回転アンバランス質量の急激な加速度変化
に起因する繰返し動的衝撃力によって損傷しがちであ
る。

【００１２】米国特許第４７５６４８３号明細書に開示
されている振動式ジョークラッシャーは、弾性的に支持
されたメインフレームと、メインフレーム上に弾性的に
取付けられた２個の破砕ジョーとを具え、これらの破砕
ジョーがアンバランス駆動シャフトに結合されて互いに
逆方向に往復運動する構成とされている。この場合、破
砕ジョーをメインフレーム上に弾性的に取付けるために
ゴム製ピボットをメインフレーム内に配置し、同ピボッ
トによりジョーの振動振幅を制限可能としている。これ
らのゴム製ピボットはエネルギを吸収するものであり、
ジョーを変位させるためのエネルギを回復することがで
きない。

【００１３】この既知のクラッシャーにおける他の欠点
は、アンバランス・シャフトを１台の共通駆動モータに
作動結合するため、クラッシャーの作動状態における過
負荷に起因して信頼性が損なわれることである。この既
知のクラッシャーは、設計が複雑で信頼性が低く、しか
も破砕比が低いために実用的ではない。

【００１４】本発明の主要な課題は、上述した欠点を解
消することのできる材料の破砕方法および破砕装置を提
案することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、本発明による破砕方法は、破砕すべき材料を一対の
可動破砕部材により限定される破砕室内に連続的に供給
し、前記破砕部材を逆相で揺動させ、前記破砕部材が相
互に接近する方向に変位する間に前記材料を前記破砕室
内で破砕し、前記破砕部材の相互間隔が所要の最小値に
達したときに前記破砕部材の変位を拘束し、破砕された
材料を、前記破砕部材が相互に離間する方向に変位する
間に動力学的な積極排出機構の作用下で前記破砕室から
排出する方法において、前記破砕部材の速度を相互に接
近する方向への変位の間に増加させて前記破砕部材の相
互間隔が前記最小値になった時点でピーク速度に到達さ
せ、前記動力学的な積極排出作用を達成すべく前記破砕
部材に、重力落下する破砕材料の流れに対して交互に逆
向きとなるよう垂直面内で同期揺動を生じさせ、逆向き
運動の間に初期の重力落下に運動力を付加すると共に破
砕材料の流速を増加させることを特徴とする。

【００１６】また、本発明による破砕装置は、基台と、
基台上に弾性的に支持されたフレームと、フレーム上に
枢着された一対の破砕部材とを具え、これら破砕部材の
間に破砕室が限定され、さらに、前記破砕部材に結合さ
れてこれら破砕部材を相互に逆相で同期揺動させる一対
のアンバランス・シャフトよりなる加振手段と、前記ア
ンバランス・シャフトよりなる加振手段に結合されてこ
れらを相互に逆方向に回転させるための駆動手段と、破
砕すべき材料を前記破砕室内に供給する供給手段と、破
砕された材料を前記破砕室から排出する積極排出手段と
を具える破砕装置において、前記フレームを弾性部材と
して構成し、前記破砕部材を同期揺動させるべく該破砕
部材弾性結合手段を設け、破砕された材料のための前記
積極排出手段を、前記破砕部材に結合された一対の、動
力学的に独立したアンバランス・シャフトよりなる加振
手段として構成することにより、前記破砕手段を垂直面
内で同期運動させることを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて更に具体的に
詳述する。

【００１８】先ず、図１のグラフから明らかなとおり、
本発明による破砕方法においては、破砕ジョーの角速度
が衝撃瞬時に最大値に達するものである。これとは対照
的に、前述した既知のクラッシャーにおいては、衝撃時
の破砕ジョーの速度が零であり、したがって破砕ジョー
の間に納められた材料の全量が、排出開口を通過し得る
程度に十分に破砕されるものではない。これが、従来の
設計様式になるクラッシャーの低い破砕効率および処理
容量の要因である。

【００１９】作動的に関連づけられた素子からなるシス
テムは、可及的に少ないエネルギを吸収する。不動の素
子、または一様に統合された運動を生じる素子からなる
システムは、素子が無秩序の運動を生じるシステムと対
比してエネルギの消費量が少ない。素子をばね手段で結
合して協働させる場合、ばね手段の各パラメータは正確
に算出可能である。このことは、ばね手段により結合す
べき素子が、揺動体、振動体または回転体であっても等
しく当てはまる。このような素子の同期運動を生じさせ
るため、素子は、アンバランス・シャフトについて前述
した米国特許第４７５６４８３号明細書に記載されてい
るように、互いに歯車等で結合するのが普通である。

【００２０】本発明による破砕方法においては、既知の
回転シャフト間の剛性結合構造に代えて破砕部材、すな
わち破砕ジョーの間の弾性結合構造を採択し、これによ
って回転アンバランス・シャフトと、対応する揺動破砕
ジョーとを動的に同期させるものである。この弾性結合
構造は、揺動する破砕ジョーのエネルギを蓄積し、破砕
ジョーが最小間隔の位置にあるときにエネルギを破砕ジ
ョーに戻す機能を発揮する。

【００２１】最良の効果を達成するためには、アンバラ
ンス・シャフトの角速度、破砕ジョーの慣性モーメン
ト、および結合ばねの弾性係数の相互間での最適な相関
関係を見出す必要がある。

【００２２】衝撃瞬時における破砕ジョーの最大角速度
φ´ｍａｘは、破砕エネルギに変換されるジョーの運動
エネルギＴの最大値において達成される。そして、ジョ
ーの最大運動エネルギＴｍａｘは、破砕ジョーの支点ま
わりでの慣性モーメントをＩと定義したときに、次式で
表わされる。 Ｔｍａｘ＝Ｉ・（φ´ｍａｘ）² ／２

【００２３】次に、図２を参照すると、（ａ）に示す破
砕瞬時においては破砕ジョーＡが互いに接近する方向に
変位すると共に破砕機構全体は下向きに変位して破砕ジ
ョーＡの間で破砕された材料に重力落下と同時に運動量
Ｖを与える。

【００２４】図２の（ｂ）に示す排出位置においては、
破砕ジョーＡが互いに離間する方向に変位すると共に破
砕機構全体は所定距離Ｓだけ上向きに変位する。

【００２５】このような破砕方法は、アンバランス・シ
ャフト６よりなる加振手段を、図２に示すように同期回
転させる場合にのみ可能である。本発明においては、回
転シャフトを作動結合する代わりに破砕ジョーＡを弾性
的に結合して、アンバランス・シャフト６よりなる加振
手段を同期回転させるものである。この場合、結合ばね
Ｃの弾性係数は容易に算出可能である。

【００２６】本発明の方法において採択される材料の破
砕モードによれば、その圧縮強度よりも低い硬質脆性材
料の衝撃抵抗に基づく、破砕に際してのエネルギ消費量
を低減することが可能となる。これに加えて、破砕プロ
セスの間に破砕される材料に速度が付加されるので、プ
ロセスの処理容量を増加させることが可能となる。

【００２７】さらに、排出瞬時において、破砕機構は材
料の重力落下方向とは逆の上向きに変位するため、ジョ
ーの単位作動サイクルの間に材料が通過する実効相対距
離を、より長くすることが可能である。

【００２８】ジョーの単位作動サイクルの間に材料が通
過する総距離は、排出ギャップの開放時間をｔと定義し
たときに、次の距離の和に相当する。 破砕された材料の重力落下時の通過距離ｇ・ｔ² ／２ 初速度を有する材料の通過距離ｖ・ｔ 破砕ジョーの上向きへの変位距離Ｓ

【００２９】したがって、ジョーの単位作動サイクルの
間に材料が通過する総距離、すなわち柱状を呈する落下
材料の高さＨは、次式で表わされる。 Ｈ＝（ｇ・ｔ² ／２）＋ｖ・ｔ＋Ｓ

【００３０】言うまでもなく、従来方法における高さＨ
は重力落下距離だけである。

【００３１】本発明の方法における上記の新規な特徴に
よれば、プロセス全体の処理容量を顕著に向上すること
が可能となる。

【００３２】次に、図３および図４を参照すると、上述
した破砕方法を実施するための本発明装置は、支持基台
１と、基台１上にショックアブソーバー２を介して弾性
的に支持されるばね構造のフレーム３とを具えている。
フレーム３上には、トーションバー４を介して破砕ジョ
ー５がピボット結合されている。破砕ジョー５には、加
振手段としてアンバランス質量が設けられたアンバラン
ス・シャフト６がそれぞれ支持されている。これらのア
ンバランス・シャフト６は、たわみ継手７を介して各別
の駆動モータ８に結合されている。アンバランス・シャ
フト６と、その駆動シャフトとは互いに独立しており、
機械的な剛性結合手段により互いに結合されるものでは
ない。

【００３３】上述した装置の作動に際し、駆動モータ８
によりアンバランス・シャフト６を互いに逆方向に回転
させる。シャフト６上に取付けられたアンバランス質量
により遠心力が発生され、その遠心力により破砕ジョー
５が揺動する。そして、この揺動の間に破砕ジョー５
は、トーションバー４を中心としてピボット運動する。
トーションバー４は揺動サイクルの前半でエネルギを蓄
積し、後半で蓄積エネルギを破砕ジョー５に戻す機能を
発揮する。

【００３４】ばね構造のフレーム３も、トーションバー
４のねじり変形に由来する弾性歪みを生じる。フレーム
３の一端から他端まで伝播する弾性波が干渉することに
よりシステム構成素子の運動を修正し、破砕ジョー５お
よびアンバランス質量の全ての運動を逆相として同期さ
せる。したがって、駆動源を互いに機械的にリンクさせ
る必要なしに破砕ジョー５の作動を同期可能とする、信
頼性の高い動特性を達成することができる。そして、破
砕ジョー５の相互間で材料を効果的に破砕することが可
能であり、従来技術において約４〜５を超えるのが困難
とされていた破砕比も、本発明によれば２０に達するも
のである。

【００３５】本発明による破砕方法および破砕装置の効
率を従来技術によるものと対比する目的で、一連の比較
試験を行った。

【００３６】次に掲げる表１は、本発明方法（試験１）
と従来方法（試験２）により、銅ニッケル鉱石を−１０
０ｍｍのサイズまで破砕したときの試験結果を示すもの
である。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１から明らかなとおり、最大閉鎖速度を
採用する本発明方法で得られた破砕材料は、大きさが７
ｍｍ以上の塊を含まず、粒子の92.7％は大きさが３ｍｍ
未満である。これに対して、従来方法で得られた破砕材
料は殆どが粗大粒子である。だらに、本発明によれば、
従来技術と対比して破砕比が２．６倍、処理容量が１．
３倍、それぞれ向上することが理解できる。また、破砕
比に関連して単位重量あたりの消費エネルギも大幅に節
減することが可能である。すなわち、この比較試験によ
れば、本発明が従来技術よりも顕著に優位であることが
確証される。

【００３９】なお、上記の比較試験は、破砕ジョーの振
動周波数を同一周波数とし、アンバランス駆動シャフト
のアンバランス質量を等しく設定した条件下で行ったも
のである。すなわち、表１に示した優位な試験結果はも
っぱら本発明方法を採用したことに由来するものであ
る。

【００４０】本発明は、固有周波数λと強制周波数Ｗと
の比λ／Ｗが０．５のときに特に優れた効果を発現する
ことを確認した（λ／Ｗ＝０．５）。

【００４１】さらに、ばね手段はプリ・ストレイン状態
でセットしたものである。この方法は、破砕面の間に層
状に納められた材料を破砕するのに好適である。

【００４２】

【発明の効果】しかして、本発明の方法において採択さ
れる材料の破砕モードによれば、その圧縮強度よりも低
い硬質脆性材料の衝撃抵抗に基づく、破砕に際してのエ
ネルギ消費量を低減することが可能となる。これに加え
て、破砕プロセスの間に破砕される材料に速度が付加さ
れるので、プロセスの処理容量を増加させることが可能
となる。

【００４３】また、排出瞬時において、破砕機構は材料
の重力落下方向とは逆の上向きに変位するため、ジョー
の単位作動サイクルの間に材料が通過する実効相対距離
を、より長くすることが可能である。

【００４４】ゆえに本発明の方法における上記の新規な
特徴によれば、プロセス全体の処理容量を顕著に向上す
ることが可能となる。

【００４５】そして、本発明装置は、駆動源を互いに機
械的にリンクさせる必要なしに破砕ジョー５の作動を同
期可能とする、信頼性の高い動特性を達成することがで
きる。そして、破砕ジョー５の相互間で材料を効果的に
破砕することが可能であり、従来技術に比し、破砕比は
著しく増加向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】破砕ジョーの揺動サイクルにおける角速度φ´
および角変位φの変化を示すグラフに示した図である。

【図２】本発明方法による破砕サイクルの工程を示すも
のであって、（ａ）は破砕工程を、（ｂ）は排出工程を
それぞれ示した略図である。

【図３】本発明による破砕装置の好適実施形態を示す断
面図である。

【図４】図3 に示した破砕装置の平面図である。

【符号の説明】

１ 支持基台 ２ ショックアブソーバ
ー ３ ばね構造のフレーム ４ トーションバー ５ 破砕ジョー ６ アンバランス・シャ
フト ７ たわみ継手 ８ 駆動モータ Ｐ 角変位 Ｓ 角速度 Ａ 破砕部材（ジョー） Ｂ アンバランス質量 Ｃ 結合ばね Ｄ 破砕部材の下向き変
位 Ｅ 破砕部材の上向き変位

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レオニード・ピー・ザロガトスキー ロシア連邦 サンクトペテルブルグ, 199109，ビルディング ８Ａ，21 リニ ア，ワシーリエフスカヤ オーストロフ, アクツィオネールノエ オブシェストヴォ メハノーブル・テクニカ内 (72)発明者 ヴイ・ワイ・トウルキーネ ロシア連邦 サンクトペテルブルグ, 199109，ビルディング ８Ａ，21 リニ ア，ワシーリエフスカヤ オーストロフ, アクツィオネールノエ オブシェストヴォ メハノーブル・テクニカ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 破砕すべき材料を一対の可動破砕部材に
   より限定される破砕室内に連続的に供給し、前記破砕部
   材を逆相で揺動させ、前記破砕部材が相互に接近する方
   向に変位する間に前記材料を前記破砕室内で破砕し、前
   記破砕部材の相互間隔が所要の最小値に達したときに前
   記破砕部材の変位を拘束し、破砕された材料を、前記破
   砕部材が相互に離間する方向に変位する間に動力学的な
   積極排出機構の作用下で前記破砕室から排出する破砕方
   法において、前記破砕部材の速度を相互に接近する方向
   への変位の間に増加させて前記破砕部材の相互間隔が前
   記最小値になった時点でピーク速度に到達させ、前記動
   力学的な積極排出作用を達成すべく前記破砕部材に、重
   力落下する破砕材料の流れに対して交互に逆向きとなる
   よう垂直面内で同期揺動を生じさせ、逆向き運動の間に
   初期の重力落下に運動量を付加すると共に破砕材料の流
   速を増加させることを特徴とする破砕方法。
2. 【請求項２】 基台と、基台上に弾性的に支持されたフ
   レームと、フレーム上に枢着された一対の破砕部材とを
   具え、これら破砕部材の間に破砕室が限定され、さら
   に、前記破砕部材に結合されてこれら破砕部材を相互に
   逆相で同期揺動させる一対のアンバランス・シャフトよ
   りなる加振手段と、前記アンバランス・シャフトよりな
   る加振手段に結合されてこれらを相互に逆方向に回転さ
   せるための駆動手段と、破砕すべき材料を前記破砕室内
   に供給する供給手段と、破砕された材料を前記破砕室か
   ら排出する積極排出手段とを具える破砕装置において、
   前記フレームを弾性部材として構成し、前記破砕部材を
   同期揺動させるべく該破砕部材弾性結合手段を設け、破
   砕された材料のための前記積極排出手段を、前記破砕部
   材に結合された一対の、動力学的に独立したアンバラン
   ス・シャフトよりなる加振手段として構成することによ
   り、前記破砕手段を垂直面内で同期運動させることを特
   徴とする破砕装置。